Blocking/Non-Blocking VS Sync/Async VS Overlapped
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[2012.10.08: 完善文章內容]
本文主要討論幾個在網絡編程中經常被討論但也經常被誤解的概念：
阻塞（Blocking），非阻塞（Non-Blocking），同步（Sync)，異步（Async)，重疊（Overlapped）。
首先要明確的是，只有那些會導致發生“數據傳輸”的函數（accept，connect，send，recv等）才存在這些概念；像bind、listen這些不會引發“數據傳輸”的函數，是不存在“阻塞非阻塞”或“同步異步”這樣的問題的。
其次一個比較重要的問題是，Non-Blocking和Async不是一回事。在一些論壇文章和關于網絡編程的書中，將這兩者等同，這是不正確的。
1. Blocking和Non-Blocking
Blocking：只有在函數所請求的操作完成后，函數才會返回。例如，accept會等到連接隊列非空才返回；recv會等到數據緩沖區中有數據后才返回。因此，blocking的意思是，操作若不能完成函數就不返回。
Non-Blocking：如果操作無法立即完成，send/recv這樣的函數將以失敗返回，函數所請求的操作不會得到執行。同時WSAGetLastError函數將返回WSAEWOULDBLOCK。例如，如果緩沖區中沒有數據，recv會立即返回。在Non-Blocing模式下，程序可以通過一個循環不停調用recv，直到有數據可用。
2. Sync、Async和Overlapped
Sync：App層的函數調用和OS底層的動作是順序的。例如，App調用recv -> OS執行recv -> 執行完成 -> 函數返回。
Async：App層的函數調用和OS底層的動作是非順序的。例如，App以填充好的Overlapped結構調用WSARecv，即使無數據可讀，函數也會立即返回，但OS底層仍然會繼續執接收數據的工作，并在有數據可用時以event、callback或completion port的形式通知App。而Overlapped和Async實際上是一個概念。之所以叫“Overlapped”，是指多次函數調用可以重疊進行。例如，你可以在有數據可讀前多次調用WSARecv。如果一個Async IO不能立即完成，函數將以失敗返回，同時你WSAGetLastError將返回WSA_IO_PENDING。但是，底層的操作將繼續執行。你的程序將在稍后得到通知。
3. Blocking/Non-Blocking通過ioctlsocket設定，設定完成后，后續的send/recv將遵循最經一次的ioctlsocket設置。
4. overlapped和兩方面有關：一是通過WSASocket創建socket時是否設定了overlapped標記（socket默認設置overlapped），二是WSASend/WSARecv調用是否提供overlapped結構。
??? 4.1 如果WSASocket沒有設定overlapped，那么這個socket將是sync的且不可改變，WSASend/WSARecv的行為和send/recv類似；
??? 4.2 如果WSASocket設定了overlapped，那么有三種情況：
??????? 4.2.1 使用send/recv。這兩個函數不支持overlapped，所以函數行為是sync的；
??????? 4.2.2 使用WSASend/WSARecv，但不提供overlapped結構。函數行為同樣是sync的；
??????? 4.2.3 使用WSASend/WSARecv，并且提供overlapped結構。函數行為時Async的。App將在數據可用時得到通知。
??? 從上文可以看出，即使為socket設定了overlapped attribute，仍然可以對該socket使用非overlapped函數調用。換句話說，ASync/overlapped僅是socket所具備的一個“功能”，你可以用，也可以不用。這和Non-Blocking是不同的，在那里，一旦設定了Non-Blocking，函數調用必定是Non-Blocking的。
綜上，我們可以得到socket I/O操作的幾種方法：
a) Blocking，Sync：這個是最簡單的。連接建立后，App調用recv或send收發數據。
b) Non-Blocking，Sync：使用ioctlsocket將指定socket設置為Non-Blocking。在ioctlsocket之后，若數據不可用，recv或send將返回WSAEWOULDBLOCK。
c) Blocking，Async：若無數據可用，send或recv函數將Blocking。WSARecv和WSASend將立即返回，并在有數據可用時通知App。
d) Non-Blocing，Async：在無數據可用的情況下，send/recv將返回WSAEWOULDBLOCK，WSARecv/WSASend將返回SOCKET_ERROR。區別在于，send/recv除了立即返回以外不會有別的效果，而WSARecv和WSASend雖然也是立即返回，但它們所請求的操作將由OS繼續執行，直到有數據可用后通知App。
寶書《Windows網絡編程》中所述的幾種Model，實際上就是Blocking/Non-Blocking和Sync/Async的不同組合。
a) 阻塞模式：Blocking + Sync
b) 非阻塞模式：Non-Blocking + Sync。App通過不停調用send/recv獲取數據。
c) select模式：Blocking + Non-Sync。和a)的區別在于，阻塞在select上而不是send/recv上。select保證后續的send/recv操作不會阻塞，看起來好像是Non-Blocking一樣——但實質上仍然是Blocking模式。
d) WSAEventSelect/WSAAsyncSelect：Non-Blocking + Sync。這兩個函數會自動將socket設置為Non-Blocking（MSDN如是說）。和b)的區別在于由OS負責在數據可用時發出Message或SetEvent，不需要App自己Polling。
e) Overlapped：Blocking + ASync。在這種情況下，一般不會使用send/recv函數而是使用WSASend或WSARecv，所以Blocking不會成為問題。如果你不小心在這種model下使用了send/recv，那么這兩個函數仍然會在無數據可用的情況下blocking住。
?參考文檔：http://support.microsoft.com/kb/181611/en-us?fr=1
總結
以上是生活随笔為你收集整理的Blocking/Non-Blocking VS Sync/Async VS Overlapped的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
